JP2011513685A - Heat exchanger for heating products sensitive to temperature and residence time - Google Patents
Heat exchanger for heating products sensitive to temperature and residence time Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011513685A JP2011513685A JP2010547968A JP2010547968A JP2011513685A JP 2011513685 A JP2011513685 A JP 2011513685A JP 2010547968 A JP2010547968 A JP 2010547968A JP 2010547968 A JP2010547968 A JP 2010547968A JP 2011513685 A JP2011513685 A JP 2011513685A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat exchanger
- tube bundle
- tube
- product
- bundle heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
- F28F9/0263—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by varying the geometry or cross-section of header box
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
Abstract
本発明は、温度に敏感でかつ/または重合可能である媒体における熱伝達のための管束熱交換器に関する。本発明の構成では、1つまたは複数の製品出口(8)と、1つまたは複数の製品入口(1)とを備えたハウジング(4)内に管束が配置されており、該管束の管内にそれぞれ複数の押しのけロッド(7,10,12,15)が配置されており、当該管束熱交換器の少なくとも1つの熱交換器フードが、製品充填された容積を減少させるために押しのけ体(3)で満たされている。 The present invention relates to a tube bundle heat exchanger for heat transfer in a temperature sensitive and / or polymerisable medium. In the configuration of the invention, a tube bundle is arranged in a housing (4) with one or more product outlets (8) and one or more product inlets (1), and within the tubes of the tube bundles. A plurality of push rods (7, 10, 12, 15) are arranged respectively, and at least one heat exchanger hood of the tube bundle heat exchanger is pushed away to reduce the volume filled with the product (3) Is filled with.
Description
発明の分野
本発明は温度に敏感で、つまり感温性でかつ/または重合可能である製品のための熱交換器に関する。
The present invention relates to heat exchangers for products that are temperature sensitive, i.e. temperature sensitive and / or polymerisable.
背景技術
文献により、熱交換器の多数の種々の実施態様が知られている。すなわち、短い滞留時間のためには、たとえばプレート型熱交換器またはマイクロ熱交換器のタイプの熱交換器が挙げられる。しかし、これらの熱交換器には、狭い流れギャップに基づいて低粘度の製品のためにしか適していないという不都合がある。高粘度の製品の場合には、これらの熱交換器による圧力降下が極めて高くなる恐れがある。重合傾向のある製品、たとえばモノマまたは、まだモノマを含有しているポリマシロップの場合には、モノマが熱交換器中で作動時または休止中に重合してしまう危険が生じる。完全に重合したシロップをプレート型熱交換器またはマイクロ熱交換器から取り除くことは、全く不可能ではないにしても極めて手間のかかる作業となる。高い粘度、特に数Pasおよび高い圧力、特に10バールよりも高い圧力のためには、製作方法や、発生する力に基づき、プレート型熱交換器は考えられない。
From the literature, many different embodiments of heat exchangers are known. That is, for short residence times, for example, plate-type heat exchangers or micro heat exchanger type heat exchangers are mentioned. However, these heat exchangers have the disadvantage that they are only suitable for low viscosity products due to the narrow flow gap. In the case of high viscosity products, the pressure drop due to these heat exchangers can be very high. In the case of products that tend to polymerize, such as monomers or polymer syrups that still contain monomers, there is a risk that the monomers will polymerize in the heat exchanger during operation or at rest. Removing completely polymerized syrup from a plate-type heat exchanger or micro heat exchanger is a very laborious if not impossible. For high viscosities, in particular several Pas and high pressures, in particular pressures higher than 10 bar, plate-type heat exchangers are not conceivable, based on the production method and the forces generated.
米国特許第1961907号明細書には、管内に螺旋状に溝付けされた押しのけ体を備えた管束熱交換器が記載されている。螺旋状の流れによって、特に効果的な熱伝達が達成される。しかし、押しのけ管内部での調温したい媒体の流れにより、付加的な圧力損失および付加的な滞留時間が生ぜしめられ、このような滞留時間は製品にとって有害となる恐れがある。さらに、複雑な構造に基づき、高いコスト、悪い分解可能性および困難な排出可能性が生じる結果となる。 U.S. Pat. No. 1,916,907 describes a tube bundle heat exchanger with a pusher that is spirally grooved in the tube. A particularly effective heat transfer is achieved by the spiral flow. However, the flow of the medium to be tempered inside the drainage tube causes additional pressure loss and additional residence time, which can be detrimental to the product. Furthermore, based on a complex structure, the result is high costs, poor disassembly potential and difficult discharge possibilities.
ドイツ連邦共和国実用新案第8712815号明細書(VIA Gesellschaft fuer Verfahrenstechnik)には、圧縮空気乾燥器に用いられる管束熱交換器が記載されている。管内に導入された押しのけ体は、材料節約の理由から再び管から成っており、この管は流入側で閉じられている。この押しのけ管は刻み目付けされた表面を有していてよい。しかし、温度に敏感な製品のために開発されたわけではないこの構造は、製品充填された大きな容量を有している。なぜならば、極めて小さなホールドアップ(滞留量)を有する底部が使用されず、押しのけロッドが下側で閉じられていないからである。さらに、押しのけ管は取外し不可能である。このことは温度に敏感なポリマにおいて大きな不都合となる。 German Utility Model No. 8712815 (VIA Gesellschaft fuer Verfahrenstechnik) describes a tube bundle heat exchanger for use in a compressed air dryer. The displacement body introduced into the pipe again consists of a pipe for reasons of material saving, which pipe is closed on the inflow side. The pusher tube may have a knurled surface. However, this structure, which was not developed for a temperature sensitive product, has a large product filled capacity. This is because the bottom with very small hold-up is not used and the displacement rod is not closed down. Furthermore, the push-out tube is not removable. This is a major disadvantage for temperature sensitive polymers.
ドイツ連邦共和国実用新案第8903349号明細書(VIA Gesellschaft fuer Verfahrenstechnik)には、特に圧縮空気乾燥器に用いられる管束熱交換器が記載されている。熱伝達媒体をできるだけ均一に装置に通して流れさせるために、当該装置内には篩いプレートが配置される。この篩いプレートにより、管の均一な流過が生ぜしめられる。しかし、この管束熱交換器もしくは管束伝熱器では、穏やかな熱伝達が必要とならないので、押しのけロッドの横断面に対する特別な要求は課せられておらず、最小のホールドアップを有する押しのけフードまたは扁平底部も必要とされない。さらに、押しのけロッドは取外し不可能である。 German Utility Model No. 8903349 (VIA Gesellschaft fuer Verfahrenstechnik) describes a tube bundle heat exchanger used in particular for compressed air dryers. In order to make the heat transfer medium flow through the device as uniformly as possible, a sieve plate is arranged in the device. This sieving plate causes a uniform flow of the tube. However, since this tube bundle heat exchanger or tube bundle heat exchanger does not require gentle heat transfer, no special requirements are imposed on the cross section of the displacement rod, and the displacement hood or flatness with minimal hold-up is not imposed. The bottom is not required. Furthermore, the push rod is not removable.
高粘度の製品においても僅かな圧力降下しか示さない熱交換器は、しばしばたとえば管束タイプの熱交換器である。この構成では、製品が、平行に配置された複数の管を通流する。しかしこの場合に不都合となるのは、管束熱交換器が通常、小さな比熱交換面(spezifische Waermeaustauschflaeche)しか有しないことである。この比熱交換面は、製品により満たされた管内の容積に対する熱交換面積の比として定義される。小さな比熱交換面積に基づき、一般に大型の熱交換器、ひいては管内の大きなホールドアップを有する熱交換器が必要とされる。それゆえに、滞留時間は管束熱交換器においては極めて長くなる。 Heat exchangers that exhibit only a slight pressure drop even in high viscosity products are often, for example, tube bundle type heat exchangers. In this configuration, the product flows through a plurality of tubes arranged in parallel. However, the disadvantage in this case is that the tube bundle heat exchanger usually has only a small specific heat exchange surface (spezifische Waermeaustauschflaeche). This specific heat exchange surface is defined as the ratio of the heat exchange area to the volume in the tube filled with product. Based on a small specific heat exchange area, generally a large heat exchanger and thus a heat exchanger with a large hold-up in the tube is required. Therefore, the residence time is very long in the tube bundle heat exchanger.
課題
上で述べた公知先行技術に鑑み、熱交換器内で加熱または冷却したい製品のための滞留時間をできるだけ短くさせる熱交換器を開発するという課題が生じた。熱交換器はさらに、低粘度の製品も高粘度の製品も加熱もしくは冷却され得るように形成されていることが望ましい。
Problem In view of the known prior art described above, the problem arises of developing a heat exchanger that minimizes the residence time for products that are desired to be heated or cooled in the heat exchanger. It is further desirable that the heat exchanger be configured so that both low and high viscosity products can be heated or cooled.
この場合、
・短い滞留時間と同時に僅かな圧力降下を可能にし、
・簡単にクリーニングすることができ、
・簡単に製作することができ、
・簡単にシールすることができ、
・広い温度・圧力・粘度スペクトルのために使用可能であり、
・製品室と加熱室もしくは冷却室との間の温度差を良好に受け止める
熱交換器の構成が求められた。
in this case,
・ Allows slight pressure drop at the same time as short residence time,
・ Easy to clean
・ Easy to manufacture
・ Easy to seal
Can be used for wide temperature, pressure and viscosity spectra
-A heat exchanger configuration that satisfactorily accepts the temperature difference between the product room and the heating or cooling room was required.
この課題は、製品充填された管内の特殊に形成された複数の押しのけロッドを備えた管束熱交換器により解決される。これらの押しのけロッドは、管内に存在する容積の40%よりも多い容積を占め、有利には管内に存在する容積の50%よりも多い容積を占め、極めて特に有利には管内に存在する容積の60%よりも多い容積を占めるように形成されている。装置内の製品充填された容積を小さく保持するために、装置の熱交換器フード内に1つまたは複数の押しのけ体が配置されるか、または少なくとも1つの扁平底部が使用されると有利である。 This problem is solved by a tube bundle heat exchanger with a plurality of specially formed displacement rods in a product-filled tube. These displacement rods occupy more than 40% of the volume present in the tube, preferably more than 50% of the volume present in the tube, very particularly preferably of the volume present in the tube. It is formed to occupy a volume greater than 60%. In order to keep the product-filled volume in the device small, it is advantageous if one or more pushers are arranged in the heat exchanger hood of the device or at least one flat bottom is used. .
発明の実施
1.管束熱交換器の構成
説明
管束熱交換器はハウジング4と管束とから成っている。管束は、調温したい製品によって通流される、ほぼ平行に配置された1つまたは複数の管から形成される。これらの管は互いに整合して配置されているか、互いにずらされて配置されているか、または互いに同心的な複数の孔円を描くように配置されていてよい。ほぼ等しい最小の管間隔が有利であり、これにより製品充填された小さな容積6が得られる。管の均一な流過と、底部範囲における僅かなデットゾーンを得るためには、これらの管が同心的な円を描くように配置されていると特に有利である。
1. Configuration of Tube Bundle Heat Exchanger Description The tube bundle heat exchanger comprises a
製品はこれらの管内を通流し、管ジャケットを介して加熱されるか、または冷却される。加熱媒体もしくは冷却媒体5は管の外側のジャケット内を通流する。管はこの場合、製品流に対して直交流、向流または並流の形で加熱媒体もしくは冷却媒体5によって流過され得る。調温は主として直交・向流で行われると有利である。なぜならば、こうして調温媒体、つまり加熱媒体もしくは冷却媒体5と製品室6との間の小さな駆動温度差で十分となるからである。排出を簡単に行うことができるようにするために、熱交換器は上方から下方へ向かって製品によって通流されると有利である。加熱媒体もしくは冷却媒体5の空気抜きを簡単に行うことができるようにするためには、熱交換器が加熱媒体もしくは冷却媒体5によって下方から上方へ向かって通流されると有利である。
The product flows through these tubes and is heated or cooled through the tube jacket. A heating or
管束の少なくとも一方の端部が底部によって取り囲まれ、この底部を通じて製品は流入するか、もしくは流出する。この底部は小さな肉厚さを有する熱交換器フード2として形成されるか、または厚肉で、ただしコンパクトなフラットな扁平底部17として形成されていてよい。この底部は有利には装置フランジを有しているので、この底部を熱交換器本体にフランジ締結するか、または再び取り外すことができる。底部は、有利には軸線上に位置する管片を有していてよく、この管片を通じて製品は流入するか、もしくは流出することができる。また、軸線近傍に複数の管片を配置して、これらの管片を通じて製品を流出させることも考えられる。底部は、該底部が調温媒体、つまり加熱媒体もしくは冷却媒体5によって加熱されるか、もしくは冷却され得るように形成されると有利である。しかし、電気的な加熱も考えられる。
At least one end of the tube bundle is surrounded by a bottom through which the product flows in or out. This bottom part may be formed as a
また、熱交換器が直接に別の装置に接続されていて、この接続された側において相応する底部を不要にすることも考えられる。 It is also conceivable for the heat exchanger to be connected directly to another device, so that a corresponding bottom is not necessary on this connected side.
膨張補償のためには、必要に応じて補償器を外側のジャケットに挿入することができ、これにより管束と外側ジャケットとの間の熱膨張差を補償することができる。 For expansion compensation, a compensator can be inserted into the outer jacket as needed, thereby compensating for the thermal expansion difference between the tube bundle and the outer jacket.
利点
熱交換管内での圧力降下は高粘度の製品に関しては、適当な管直径の選択によってコントロール可能である。
Advantages The pressure drop in the heat exchange tube can be controlled by selecting an appropriate tube diameter for high viscosity products.
2.押しのけロッドの構成
説明
熱交換器管内での製品6の容積を減少させかつ熱伝達を向上させるためには、押しのけロッド7,10,12,15が管内に導入される。押しのけロッド7,10,12,15は部分的に熱交換器フード2内に突入することができる。押しのけロッド7,10,12,15は、熱交換器管内の容積の40%よりも多い容積を押しのけるように形成されている。管の空容積の60%よりも多い容積が押しのけロッド7,10,12,15によって押しのけられると有利である。伝熱器もしくは熱交換器のコンパクトな構造を得ると同時に圧力降下を小さく抑えるためには、容積の95%より少ない容積が押しのけられると有利である。押しのけロッド7,10,12,15の外側輪郭は、デッドゾーンを回避しかつ熱交換器管の横断面にわたり均一な流れを得るために、管内での押しのけロッド7,10,12,15の軸線がセンタリングされるように形成されていると有利である。製品流は押しのけロッド7,10,12,15と熱交換器管の内壁との間のギャップ11内を流れる。
2. Configuration of displacement rod Description In order to reduce the volume of the
押しのけロッド7,10,12,15を管内で、規定されたギャップを持ってセンタリングするためには、押しのけロッド7,10,12,15が、たとえば次のように形成されていてよい:
・管9内でのセンタリングのために横断面がその軸線に沿って少なくとも2つの部分範囲14,16において変形加工されている、両側で閉じられた管、閉じられた中空体または中実体15(図2、図5および図6参照)、
・管内でのセンタリングのために、少なくとも2つの軸方向位置で外部に取り付けられたエレメント13を備えた、両側で閉じられた管、閉じられた中空体または中実体15(図3および図4参照)、
・容積を押しのける特性を持った、管軸線に沿ってずらされたプレート。
In order to center the
A closed tube, closed hollow body or solid body 15 (closed on both sides) whose cross section has been deformed in its at least two
A closed tube, closed hollow body or solid body 15 (see FIGS. 3 and 4) with
A plate that is displaced along the tube axis with the property of pushing away the volume.
押しのけロッド7,10,12,15は、有利には管9内に押し込まれているので、必要に応じてクリーニング目的および検査目的で、これらの押しのけロッド7,10,12,15を再び取り出すことができる。押しのけロッド7,10,12,15は直列接続された複数の個々のロッドから成っていてよい。また、中空の押しのけロッドを使用することも考えられる。その場合、これらの押しのけロッドは、熱輸送を改善する媒体で充填されている。たとえば、水が含まれていてよい。水は高温範囲において蒸発し、低温範囲では凝縮するので、熱は軸方向に輸送される。また、押しのけ管を通流する熱担持媒体を用いて付加的に熱を伝達することも考えられる。別の可能性は、電気的に加熱された押しのけロッドを使用することにある。これにより、比熱伝達面は一層高められ、滞留時間は一層低減され得る。同じく、上で挙げた押しのけロッドの組合せを使用することも考えられる。
The
押しのけロッドは、有利には管の加熱された部分において狭い横断面を形成しており、流入範囲においては、管底部範囲における圧力損失を減少させるために横断面拡開部が設けられていてよい。 The displacement rod advantageously forms a narrow cross section in the heated part of the tube, and in the inflow range, a cross-section expansion may be provided to reduce the pressure loss in the tube bottom region. .
利点
押しのけロッド7,10,12,15により、管路6内の製品のホールドアップは減じられ、比熱交換面は増大される。押しのけロッド7,10,12,15を備えた管束伝熱器もしくは管束熱交換器を介して生じる圧力降下は、同じ熱出力および同じ管数のマイクロ熱交換器およびプレート型熱交換器の場合よりも小さい。マイクロ熱交換器およびプレート型熱交換器の場合には、これらの熱交換器タイプにおける管数を著しく高めることによってしか、圧力降下を、押しのけロッドを備えた管束熱交換器のレベルにまで低下させることができない。小さな管直径および多数の管により、このような熱交換器のクリーニングもしくは清浄化は著しく困難となる。
Advantages The push-out
押しのけロッドを備えた管束熱交換器の滞留時間はもちろん、同じ直径の押しのけロッドを有しない管束熱交換器におけるよりも短い。著しく小さな直径を有するが、ただしその場合には著しく長尺に形成される空管に関してしか、押しのけロッドを備えた管束熱交換機の場合と同じレベルに滞留時間を調節することができない。 The residence time of the tube bundle heat exchanger with the displacement rod is of course shorter than in a tube bundle heat exchanger without the displacement rod of the same diameter. The residence time can only be adjusted to the same level as in the case of a tube bundle heat exchanger with a displacement rod, only with respect to empty tubes which have a significantly smaller diameter, but which are then formed to be very long.
3.熱交換器フード内の押しのけ体
説明
熱交換器フード2内のホールドアップを最小限に抑えるためには、熱交換器フード2内に押しのけ体3が組み込まれる。熱交換器フード2は同じく加熱または冷却されていてよい。センタリングのために、熱交換器フード2は、たとえば外側に金属薄板またはピンを有していてよい。熱交換器管に液体を均一に供給するためには、熱交換器管に面した側が、円錐状に形成されると有利である(図7参照)。
3. Pusher in the heat exchanger hood Description In order to minimize the hold-up in the
利点
熱交換器フード2内での滞留時間の低減、ひいては製品の熱負荷の低減。
Advantages Reduction of residence time in the
4.扁平底部
製品入口1および製品出口8のためのゾーンは、切欠きを備えた扁平底部(low volume head)17として形成されていてもよい(図8参照)。これらの切欠きは、底部における製品の滞留時間が、全負荷の場合には0.5〜20秒、有利には1.5〜15秒となり、部分負荷の場合には1〜40秒、有利には1.5〜30秒となるように寸法設定される。切欠きは、たとえば旋削加工またはフライス加工によって製作され得る。扁平底部の切欠きは円錐状に形成されていてよい。
4. Flat bottom The zone for the
5.作動パラメータ
説明
作動温度T=−20℃〜+400℃;
管6および熱交換器フード2の製品室内の圧力P=−0.95barg〜+100barg。
5. Operating parameters Description Operating temperature T = -20 ° C to + 400 ° C;
Pressure P in the product chamber of the
熱担持媒体5の室内の圧力はP=−0.95barg〜+50bargであってよい。熱担持媒体5の温度はT=−20℃〜+400℃であってよい。
The pressure in the chamber of the
熱担持媒体5は液状または蒸気状に供給され得る。本発明において記載されている熱交換器は、η=0.1mPas〜500Pasの粘度を有する製品を加熱するか、もしくは冷却するために適している。熱交換器内での製品の滞留時間は1秒〜300秒であってよい。
The
利点
この熱交換器は、温度、圧力および粘度の広い範囲の調節を可能にする。
Advantages This heat exchanger allows a wide range of adjustments of temperature, pressure and viscosity.
公知先行技術のコンベンショナルな熱交換器と、環状ギャップを備えた熱交換器との間での比較
次の表は、質量収支およびエネルギ収支の結果ならびに管および環状ギャップ内の流れおよび熱伝達の算出の結果を要約している。圧力損失の算出は、層流状に通流される管(ハーゲン・ポアズイユ流れ)もしくは層流状に通流される環状ギャップのための運動量保存の法則の方程式(Impulserhaltungsgleichung)の解析的な解に基づいている。熱伝達の算出は、流体力学的にかつ熱的には形成されていない層流のための半経験的(semiempirisch)なヌッセルト数の関係に基づいている。特に別記しない限り、質量流量は1000kg/h、管内滞留時間は60秒間、加熱したい媒体の温度増大は100K、そして熱担持媒体5と、加熱したい媒体との間の対数温度差は30Kであると仮定する。直前の両数値をまとめて3.33の商を形成することができる。物質値としてさらに0.15W/mKの熱伝導率、1000kg/m3の密度、2.200J/kgKの比熱容量および1Pasの一定の動粘度が使用される。すなわち、ニュートン媒体から出発する。さらに、熱担体側の熱伝達抵抗ならびに管壁による管路抵抗は無視し得る程度であることが前提条件とされる。
Comparison between known prior art conventional heat exchangers and heat exchangers with annular gaps The following table shows the results of mass and energy balances and calculations of flow and heat transfer in tubes and annular gaps The results are summarized. The calculation of pressure loss is based on the analytical solution of the law of conservation of momentum (Impulserhaltungsgleichung) for a laminar flow pipe (Hagen-Poiseuille flow) or a laminar flow annular ring. Yes. The calculation of heat transfer is based on a semiempirisch Nusselt number relationship for laminar flow that is not hydrodynamically and thermally formed. Unless otherwise specified, the mass flow rate is 1000 kg / h, the residence time in the tube is 60 seconds, the temperature increase of the medium to be heated is 100K, and the logarithmic temperature difference between the
例Aは、コンベンショナルな管束伝熱器もしくは管束熱交換器において、規定の条件を達成するために極めて密集した長尺な管が必要となることを示している。しかし、このような管は極めて製作が困難であり、しかも実質的にクリーニングすることができない。 Example A shows that in a conventional tube bundle heat exchanger or tube heat exchanger, very dense and long tubes are required to achieve the specified conditions. However, such tubes are extremely difficult to manufacture and cannot be substantially cleaned.
例Bおよび例Cは、短い滞留時間(ケースB)または変えられた熱条件(ケースC)において短尺の管が可能となることを示している。しかしこの場合、同時に管直径は一層減少し、管数は著しく増大するので、このような構成にケースAに対する択一的な手段を認めることはできない。 Examples B and C show that short tubes are possible with short residence times (Case B) or with altered thermal conditions (Case C). In this case, however, the diameter of the tube is further reduced and the number of tubes is significantly increased.
例Dおよび例Eは、たしかに比較的長い滞留時間(ケースD)または比較的高い壁温度(比較的大きな対数温度差;ケースE)を用いて、比較的大きな管直径を得ることができることを示している。しかし、比較的大きな直径に基づいた良好なクリーニング可能性の利点は、製作可能性を極めて困難にする極端に高められた管長ならびに高められた滞留時間および壁温度に基づいた製品品質の悪化によって過剰補償される。さらに、このように長尺な装置の、建物内での所要スペースも問題となる。 Examples D and E do show that relatively large residence times (Case D) or relatively high wall temperatures (relatively large log temperature difference; Case E) can be used to obtain relatively large tube diameters. ing. However, the benefits of good cleanability based on relatively large diameters are over-represented by extremely increased tube lengths that make fabrication very difficult and product quality degradation based on increased residence time and wall temperature. Compensated. Furthermore, the required space in the building of such a long device becomes a problem.
例Fおよび例Gは、比較的短い滞留時間(ケースF)または変えられた熱条件(ケースG)によって比較的小さな管直径が極端に大きな管数を招くことを示している。このように高い数の精巧な管は、高い圧力および高い温度に合わせて管束装置が設計されなければならないことを考慮すると製作不可能である。 Examples F and G show that a relatively small residence time (Case F) or altered thermal conditions (Case G) results in a relatively small tube diameter leading to an extremely large number of tubes. Such a high number of elaborate tubes cannot be produced considering that the tube bundle device must be designed for high pressures and temperatures.
さらに、無視することのできない管長は、装置内部のクリーニングを不可能にする。 Furthermore, tube lengths that cannot be ignored make cleaning inside the device impossible.
例Hは、高められた管数および短縮された長さによって、低減された圧力降下が、小さな管直径を生ぜしめないことを示している。極端に短いとは云えない長さを有する高い数の細い管に基づき、この場合にも、クリーニング可能性ならびに製作可能性は実質的に不可能となる。 Example H shows that due to the increased tube number and shortened length, the reduced pressure drop does not result in a small tube diameter. Based on the high number of thin tubes having lengths that cannot be extremely short, again cleanability as well as manufacturability are virtually impossible.
本発明における設計(例I)と、コンベンショナルな管束伝熱器もしくは管束熱交換器に関する設計(例A−H)との比較:
例Iは、押しのけロッドを備えた本発明による熱交換器のための設計を例示的に示している。滞留時間、熱条件および圧力降下を考慮して、本発明による熱交換器はコンベンショナルな熱交換器の例(例A−H)に比べて、極めて大きな管直径を有しており、このような大きな管直径は良好なクリーニング可能性を保証する。さらに、例A、例Dおよび例Eに比べて、管長は制限されており、これにより良好な製作可能性およびクリーニング可能性が可能となり、僅かな所要スペースしか必要とされない。さらに、例A−Cおよび例F−Hに比べて、管数が少ないので、簡単でかつ廉価な製作が可能となる。
Comparison of the design in the present invention (Example I) with a conventional tube bundle heat exchanger or tube bundle heat exchanger design (Examples A-H):
Example I exemplarily shows a design for a heat exchanger according to the invention with a displacement rod. In view of residence time, heat conditions and pressure drop, the heat exchanger according to the invention has a very large tube diameter compared to the conventional heat exchanger example (examples A-H), such as A large tube diameter ensures good cleanability. Furthermore, compared to Examples A, D and E, the tube length is limited, which allows for good manufacturability and cleanability and requires little space. Furthermore, since the number of tubes is smaller than those of Examples A-C and F-H, simple and inexpensive production is possible.
本発明による管束熱交換器は、特に有利にはポリマの合成の際に使用され得る。なぜならば、短い滞留時間と同時に効果的な熱伝達により、製品はあまり熱負荷されず、こうして望ましくない重合が阻止されるからである。 The tube bundle heat exchanger according to the invention can be used particularly advantageously in the synthesis of polymers. This is because the effective heat transfer simultaneously with the short residence time results in the product not being overheated and thus preventing unwanted polymerization.
計算方法
管壁における熱収支:
この場合、Lは管長もしくは環状ギャップ長さであり、Tは滞留時間であり、daは環状ギャップもしくは管直径の外径であり、diは環状ギャップの内径であり(管:di=0)、ρは密度であり、cpは比熱容量であり、ΔTsはシロップの温度増大であり、dhは水力直径であり、λは熱伝導率であり、ΔTlgは加熱媒体5とシロップとの間の対数温度差である。
In this case, L is the tube length or the annular gap length, T is the residence time, d a is the outer diameter of the annular gap or tube diameter, d i is the inner diameter of the annular gap (tube: d i = 0), [rho is the density, c p is the specific heat capacity, [Delta] T s is the temperature increase of the syrup, d h is the hydraulic diameter, lambda is the thermal conductivity, [Delta] T lg the
平均ヌッセルト数Numは、ベール/シュテファン(Baehr/Stefan)(「Waerme- und Stoffuebertragung」、出版社Springer- Verlag Berlin、1994年、第381頁〜第382頁)による管に関して、流体力学的および熱的な始動(Anlauf)を考慮して:
この場合、Prはプラントル数であり、Xは無次元長さ:
K=di/daを用いて、外部から加熱された環状ギャップにおける平均ヌッセルト数については、さらに:
環状ギャップ内または管(K=0)内の圧力損失については、マーティン(Martin)(「Waermeuebertrager」、出版社Georg Thieme Verlag Stuttgart、1988年、第24頁)に基づき:
1 管入口
2 熱交換器フード
3 押しのけ体
4 熱交換器ハウジング
5 熱交換器管を取り囲む加熱媒体および/または冷却媒体
6 熱交換器管内の製品室
7 管束の管内の押しのけロッド
8 製品出口
9 熱交換器管(概略的)
10 押しのけロッド
11 押しのけロッドと熱交換器管との間の自由容積
12 押しのけロッド
13 熱交換器内に押しのけロッドをセンタリングするためのホルダ
14 押しのけロッドの部分範囲におけるセンタリング範囲
15 押しのけロッド
16 押しのけロッドの部分範囲に設けられたセンタリング範囲
17 扁平底部(low volum head)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (10)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102008011341A DE102008011341A1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Heat exchanger for heating temperature and residence time sensitive products |
PCT/EP2008/066485 WO2009106174A1 (en) | 2008-02-27 | 2008-12-01 | Heat exchanger for heating temperature and residence time sensitive products |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011513685A true JP2011513685A (en) | 2011-04-28 |
Family
ID=40403819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010547968A Pending JP2011513685A (en) | 2008-02-27 | 2008-12-01 | Heat exchanger for heating products sensitive to temperature and residence time |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20110017439A1 (en) |
EP (1) | EP2245407A1 (en) |
JP (1) | JP2011513685A (en) |
KR (1) | KR20100135725A (en) |
CN (1) | CN101532792A (en) |
BR (1) | BRPI0822263A2 (en) |
CA (1) | CA2716616A1 (en) |
DE (1) | DE102008011341A1 (en) |
MX (1) | MX2010009521A (en) |
RU (1) | RU2010139276A (en) |
TW (1) | TW201000844A (en) |
WO (1) | WO2009106174A1 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5229344B2 (en) * | 2011-03-18 | 2013-07-03 | 株式会社豊田自動織機 | Heat exchanger |
JP5488510B2 (en) | 2011-03-25 | 2014-05-14 | 株式会社豊田自動織機 | Thermoelectric conversion unit |
CA2843141C (en) | 2011-07-28 | 2020-03-10 | Nestec S.A. | Methods and devices for heating or cooling viscous materials |
CN102278904B (en) * | 2011-07-29 | 2013-03-06 | 华北电力大学 | Internal liquid-dividing hood-type condensed heat-exchanging pipe |
EP2565572A1 (en) * | 2011-09-02 | 2013-03-06 | Aurotec GmbH | Heat exchange conduit system |
CN105008037B (en) * | 2013-01-11 | 2017-12-26 | 巴斯夫欧洲公司 | For liquid and the apparatus and method of the successive reaction of gas |
US11857112B2 (en) | 2018-08-02 | 2024-01-02 | The Curators Of The University Of Missouri | Heat exchanging liquid container |
DE102023115797A1 (en) | 2022-06-29 | 2024-01-04 | Röhm Gmbh | Improved process for producing a polymer |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03164695A (en) * | 1989-09-18 | 1991-07-16 | Jeremy W Gorman | Heat-exchanger |
JPH07133993A (en) * | 1993-10-15 | 1995-05-23 | Tada Denki Kk | Multitubular heat exchanger |
JP2000130981A (en) * | 1998-10-26 | 2000-05-12 | Kubota Corp | Heat exchanger |
JP2002541311A (en) * | 1999-04-12 | 2002-12-03 | ビーピー ケミカルズ リミテッド | Gas phase olefin polymerization method and equipment |
JP2003240482A (en) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Shell and tube type heat-exchanger, distilling unit provided with the same, and heat-exchanging method |
JP2004509738A (en) * | 2000-09-26 | 2004-04-02 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | Rod inserts in reaction tubes |
WO2004083761A1 (en) * | 2003-03-17 | 2004-09-30 | Tuchenhagen Dairy Systems Gmbh | Device for inflowing in the stream area of a tube carrier plate of a heat exchanges provided with a tube bundle |
DE202005012879U1 (en) * | 2005-08-12 | 2005-10-27 | CALORPLAST WÄRMETECHNIK GmbH | Tubular heat exchanger for corrosive media has a bundle of pipes with a two-part base consisting of an outer base part and an inner base plate screwed into the outer base part so that the inner base plate is connected to the bundle of pipes |
JP2006336936A (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Kobe Steel Ltd | Refrigerant supplying method for finned tube type heat exchanger |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE504542C (en) * | 1928-10-20 | 1930-08-06 | Bergedorfer Eisenwerk A G | Heat exchanger |
US1961907A (en) | 1931-11-25 | 1934-06-05 | George T Mott | Apparatus for heat exchanging |
CH296796A (en) * | 1951-09-19 | 1954-02-28 | Wetag Warmetechnische Apparate | Heat exchanger for heating or cooling gases using a liquid heating or cooling medium. |
DE1103091B (en) * | 1958-08-29 | 1961-03-23 | Steinmueller Gmbh L & C | Displacement bodies, especially for heavy water heat exchangers |
DE2541424A1 (en) * | 1975-09-17 | 1977-03-31 | Helmut Weinbrenner Maschinen U | Vertical shell and tube heat exchanger - has both upper and lower tube plates inclined to horizontal |
DE2814828C3 (en) * | 1978-04-06 | 1981-07-09 | Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt | Gas cooler with internally ribbed lead pipes |
DE3045731A1 (en) * | 1980-12-04 | 1982-07-08 | Brown Boveri - York Kälte- und Klimatechnik GmbH, 6800 Mannheim | Flow regulator for heat exchanger tube - is plastics insert to restrict flow to outer zone for improved heat transfer |
DE8712815U1 (en) | 1987-09-23 | 1989-01-19 | Via Gesellschaft Fuer Verfahrenstechnik Mbh, 4000 Duesseldorf, De | |
DE8903349U1 (en) | 1989-03-16 | 1990-07-19 | Via Gesellschaft Fuer Verfahrenstechnik Mbh, 4000 Duesseldorf, De | |
US20030116306A1 (en) * | 2001-12-26 | 2003-06-26 | Besik Ferdinand K. | Rotating film shell and tube type heat exchanger - evaporator |
DE10200171A1 (en) * | 2002-01-04 | 2003-07-10 | Roehm Gmbh | Process for the continuous production of alkyl (meth) acrylates |
DE10312529B3 (en) * | 2003-03-20 | 2004-06-24 | Lurgi Ag | Waste heat boiler for utilizing waste heat from process for steam production has a displacement body made from graphite coaxially inserted into tubes through which process gas passes |
DE102005049067A1 (en) * | 2005-10-13 | 2007-04-19 | Basf Ag | Tube bundle heat exchanger and method for removing solutes from a polymer solution by degassing in a shell and tube heat exchanger |
DE102007021199B4 (en) * | 2006-07-17 | 2016-02-11 | Evonik Degussa Gmbh | Compositions of organic polymer as matrix and inorganic particles as filler, process for their preparation and their use and moldings produced therewith |
-
2008
- 2008-02-27 DE DE102008011341A patent/DE102008011341A1/en not_active Withdrawn
- 2008-12-01 KR KR1020107018943A patent/KR20100135725A/en not_active Application Discontinuation
- 2008-12-01 US US12/918,952 patent/US20110017439A1/en not_active Abandoned
- 2008-12-01 RU RU2010139276/06A patent/RU2010139276A/en not_active Application Discontinuation
- 2008-12-01 MX MX2010009521A patent/MX2010009521A/en unknown
- 2008-12-01 CA CA2716616A patent/CA2716616A1/en not_active Abandoned
- 2008-12-01 JP JP2010547968A patent/JP2011513685A/en active Pending
- 2008-12-01 WO PCT/EP2008/066485 patent/WO2009106174A1/en active Application Filing
- 2008-12-01 BR BRPI0822263-0A patent/BRPI0822263A2/en not_active IP Right Cessation
- 2008-12-01 EP EP08872773A patent/EP2245407A1/en not_active Withdrawn
-
2009
- 2009-02-24 CN CN200910007748A patent/CN101532792A/en active Pending
- 2009-02-24 TW TW098105799A patent/TW201000844A/en unknown
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03164695A (en) * | 1989-09-18 | 1991-07-16 | Jeremy W Gorman | Heat-exchanger |
JPH07133993A (en) * | 1993-10-15 | 1995-05-23 | Tada Denki Kk | Multitubular heat exchanger |
JP2000130981A (en) * | 1998-10-26 | 2000-05-12 | Kubota Corp | Heat exchanger |
JP2002541311A (en) * | 1999-04-12 | 2002-12-03 | ビーピー ケミカルズ リミテッド | Gas phase olefin polymerization method and equipment |
JP2004509738A (en) * | 2000-09-26 | 2004-04-02 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | Rod inserts in reaction tubes |
JP2003240482A (en) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Shell and tube type heat-exchanger, distilling unit provided with the same, and heat-exchanging method |
WO2004083761A1 (en) * | 2003-03-17 | 2004-09-30 | Tuchenhagen Dairy Systems Gmbh | Device for inflowing in the stream area of a tube carrier plate of a heat exchanges provided with a tube bundle |
JP2006336936A (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Kobe Steel Ltd | Refrigerant supplying method for finned tube type heat exchanger |
DE202005012879U1 (en) * | 2005-08-12 | 2005-10-27 | CALORPLAST WÄRMETECHNIK GmbH | Tubular heat exchanger for corrosive media has a bundle of pipes with a two-part base consisting of an outer base part and an inner base plate screwed into the outer base part so that the inner base plate is connected to the bundle of pipes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101532792A (en) | 2009-09-16 |
TW201000844A (en) | 2010-01-01 |
MX2010009521A (en) | 2011-03-29 |
US20110017439A1 (en) | 2011-01-27 |
WO2009106174A1 (en) | 2009-09-03 |
KR20100135725A (en) | 2010-12-27 |
EP2245407A1 (en) | 2010-11-03 |
CA2716616A1 (en) | 2009-09-03 |
RU2010139276A (en) | 2012-04-10 |
DE102008011341A1 (en) | 2009-09-03 |
BRPI0822263A2 (en) | 2015-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2011513685A (en) | Heat exchanger for heating products sensitive to temperature and residence time | |
JP4430347B2 (en) | Mixer / heat exchanger | |
US4211277A (en) | Heat exchanger having internal fittings | |
US6626235B1 (en) | Multi-tube heat exchanger with annular spaces | |
Mozafari et al. | Condensation and pressure drop characteristics of R600a in a helical tube-in-tube heat exchanger at different inclination angles | |
TW201042230A (en) | Heat exchanger | |
KR20110083996A (en) | Double-piped heat exchanger | |
CN201517899U (en) | Pipe shell type heat exchanger | |
US5307867A (en) | Heat exchanger | |
JP2005508255A (en) | Internal cooling punch | |
MX2008008179A (en) | Spirally wound, layered tube heat exchanger and method of manufacture. | |
JP2017032244A (en) | Refrigeration cycle device | |
US5031692A (en) | Heat exchanger for cooling cracked gas | |
San et al. | Performance of a serpentine heat exchanger: Part I–Effectiveness and heat transfer characteristics | |
CN107166998A (en) | A kind of corrosion-resistant and high-temperature resistant is without the quartzy heat-exchanger rig of leakage formula and preparation method | |
JP7236765B1 (en) | Heat exchanger | |
US1597479A (en) | Heat exchanger | |
JP2005221123A (en) | Heat exchanger and heat exchange method of high-viscosity fluid | |
CN108355601A (en) | Cis- left-hand thread pipeline and the alternate continuous flow reactor of belling pipeline | |
Khan et al. | Experiments of ethylene glycol-water mixture in multi-port circular straight microchannel slab | |
US894141A (en) | Condenser. | |
RU2115876C1 (en) | Tube-in-tube heat exchanger | |
TWI294004B (en) | Heat exchanger | |
RU2219454C1 (en) | Multi-section shell-and-tube heat exchanger | |
GB2404727A (en) | Heat exchanger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111109 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130130 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130201 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20130424 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20130502 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130527 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131202 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140519 |